TURBINES DITKS A DOUBLE EFFET, PAR MM. A. KOECIILIN ET C

Fin. 2, ET FIG. O ET 6, PL. 23.

Quoique ce système soit connu, et qu'il ait déjà été publié dans les bulletins de lu Société de Mulhouse et de la Société d'Encouragement, nous avons pensé qu'il ne serait pas superflu d'en parler dans notre Recueil, è cause du succès qu'il a eu généralemeut, et du principe particulier sur lequel il repose.

Ce principe est ainsi exposé par les auteurs mêmes :

En mettant en communication deux biefs superposés, par un tuyau dont on resserre la section par un récepteur placé en un point quelconque, pris dans sa hauteur, la vitesse de la veine fluide, à l'endroit ainsi resserré, sera celle due à la différence de hauteur des deux niveaux.

L'on conçoit donc que ce récepteur, convenablement disposé, sera capable de transmettre toute l'action due à la vitesse à lui imprimée par le passage de la veine fluide.

Cette heureuse application nous permet de placer notre récepteur, ou notre turbine, à un point quelconque pris dans la hauteur de la chute, suivant les convenances; la colonne inférieure pouvant é:re prolongée à volonté, sans toutefois dépasser l'équilibre delà pression atmosphérique. Ainsi, l'action de l'eau se produit simultanément , par la pression de la colonne qui est supérieure nu moteur, combinée avec l'attraction de la colonne qui lui est inférieure, et de cette combinaison nous avons tiré la dénomination de Turbin* à double effet.

D'après ce princi|>c, les constructeurs ont établi leurs moteurs, soit vers la partie supérieure de la chute (fig. 2), comme on a pu le voir sur le modèle même qu'ils envoyé à l'exposition de 18H, soit vers le milieu de la chute, et notablement au-dessus du niveau inférieur.

La turbine est construite, au reste, sur le système d'Euler, comme celle de M. Fontaine , que nous avons donnée avec détails dans le 4* vol. Ainsi, elle consiste en une zone horizontale mobile A, en fonte, environnée de ses nulies «y et ajustée sur l'arbre vertical B qu'elle entraîne dans son mouvement de rotation. Elle est surmontée de la couronne fixe C munie des aubes conductrices b.

Cette couronne est renfermée dans un cône en fonte D, qui sert de bâtis à tout le récepteur, et porte en outre la crapaudine c du pivot de l'arbre. Dans les turbines de petite dimension, ce double cône repose sur un tuyau en fonte ou en tôle, qui sert de conduit, et qui se prolonge jusqu'à la partie inférieure de la chute. Pour les turbines qui doivent dépenser de grandes quantités d'eau, on remplace le tuyau par un puits en maçonnerie. Une vanne est appliquée au bas de la chute, pour servir à régler la dépense

PUBLICATION* IKDCSTIUELI.E.

d'eau dans de certaines limites. Pour tous les cas où la diminution du volume d eau i; dépenser c*t considérable et dure pendant quelque temps, on garnit les intervalles des aubes de la roue avec des coins obturateurs qui diminuent la capacité des < anaux de circulation du liquide, et que l'on place ou enlève en peu de temps, en mettant le réservoir à sec.

Quoique l'expression de turbine à double effet ne nous paraisse pas exacte, il n'en est pas moins constant aujourd'hui que les turbines construites par MM A. Kœchlin et <>, ont donné de bons résultats comme on peut s'en convaincre par le rapport fait au nom dH comité d*» mécanique, à la société de Mulhouse , qui au sujet de cette turbine, s'exprime ainsi :

L'idée nouvelle de ('lacer la turbine à telle hauteur de la chute que l'on veuf frappe tout le monde, et il résulte de cette facilité, de grands avantages pour la construction du moteur et pour remplacement destiné à le recevoir.

MM. André Koechlin et Cc di>ent, dans leur notice, ■ que le récepteur peut être » placé à un point quelconque, pris dans la hauteur de la chute, la colonne infé- « Heure pouvant être prolongée à volonté, sans toutefois dépasser l'équilibre de la » pression atmosphérique- »

Nous avons étudié avec soin cette question, qui constitue la nouveauté du système de la turbine à double effet. Examinons d'abord ce qui arrive lorsque le récepteur est placé a une tiauteur au-dessous de celle à laquelle fait équilibre la pression atmosphérique, soit à moins de 10'" 50 au-dessus du niveau d'aval. Il est bien entendu que le canal d'amont présente encore une hauteur d'eau convenable, audessus de la roue, et que celle-ci doit être construite de manière à ce que le maximum de son débit puisse être fourni par le cours d'eau disponible. Supposons un instant le tuyau inférieur, ou de fuite, hermétiquement fermé à l'endroit resserré où se trouve logée la turbine ; la pression de l'atmosphère, agissant sur l'orifice de sortie, qui se trouve noyé, fera équilibre h toute la colonne d'eau renfermée audessous de la turbine- Si, maintenant, ou donne passage* à l'eau à travers le récepteur, il est évident que toute molécule d'eau, passant à travers ce récepteur, sera sollicitée par une vitesse due à la hauteur de la chute. Afin que l'action soit complète sur la roue, i) faut nécessairement que l'orifice de sortie soit plus grand que l'orifice maximum que présente la roue au passage de l'eau.

Si on voulait utiliser une chute plus élevée que I0U1 50, et que l'on plaçât le récepteur au-dessus de cette hauteur, à laquelle fait équilibre la pression de l'atmosphère, que se passerait-il dans le tuyau de fuite, qui se trouve au-dessous du récepteur? fig. a.

Le niveau de l'eau viendrait s'abaisser jusqu'à la hauteur A, où l'eau serait tenue en équilibre par la pression de l'atmosphère, et il se formerait un vide au-dessous du récepteur R, lequel peut être comparé à la chambre barométrique. Chaque molécule d'eau passant à travers le récepteur, dans cet état des choses, sera sollicitée par une vitesse due à la pression d'une atmosphère, égale à la colonne d'eau A B, qui reste au-dessous du récepteur; plus a une colonne d'eau RC, agissant directement au-dessus du récepteur. La portion de la chute RA, qui se trouve ejUre le récepteur et le sommet de la colonne d'eau équilibrée par l'atmosphère, sera complètement perdue pour l'action, et il serait à craindre que l'eau agisse fort mal sur la roue, en se précipitant à travers ses augets, dans la partie vide d'air R A, qui se trouverait au-dessous.

PrBI.ICA TIO.N INDUSTRIELLE.

A l'appui de ce raisonnement , nous avons fait une expérience fort simple, dont voici le résultat :

I7n tube en verre BC (flg. 6), d'un mètre environ de liauteur, est terminé à son extrémité supérieure , en forme d'entonnoir, dans lequel s'ajuste un bouchon conique R, percé d'un petit trou.

Kn appuyant le doigt sur l'extrémité inférieure , et en soulevant le bouchon , on remplit le tube de mercure, que l'on verse par l'entounoir, jusqu'à ce que celui-ci soit aussi rempli ; puis on place le bouchon R, et on introduit l'extrémité inférieure du tube dans un bain de mercure; après quoi on retire le doigt. On a ainsi un véritable tube barométique, et si le mercure était bien purgé d'air et d'humidité, la pression atmosphérique maintiendrait une colonne d'une hauteur d'environ 0"- 76 (celle d'une colonne barométrique).

Dans l'expérience dont il s'agit, le baromètre marquait 0™ 75, et le mercure ne s'est élevé dans le tube qu'à la hauteur de 0m 64. La partie supérieure AR renfermait donc de la vapeur d'eau et de l'air raréfié.

L'ouverture pratiquée dans le bouchon R, laissait couler un filet de mercure, qui traversait la chambre barométrique, et faisait osciller légèrement le niveau supérieur de la colonn», autour du point A, sans changer d'une manière sensible la hauteur de cette colonne.

Nous concluons que, dans l'espèce de turbine qui nous occupe, le récepteur ne peut être placé utilement, pour les grandes chutes dépassant 10»° 50, qu'à la hauteur à laquelle on place ordinairement les pompes aspirantes ; c'est-à-dire qu'il ne faut pas s'exposer à laisser se former un vide au-dessous du récepteur.

C'est, du reste, un cas très-rare, auquel on applique les turbines, et pour toutes les chutes les plus usitées dans l'industrie, on pourra toujours poser la roue trèsprès du niveau d'amont : ce qui présente d'immenses avantages en construction.

Terminons cet article par un extrait du rapport fait à l'Académie des Sciences, par M. Moriw.

Cette turbine a été introduite dans les ateliers de construction de MM. A. Kœchlin et compagnie par feu M. Jonval, qui avait pris, le 27 octobre 1841, un brevet comprenant trois moteurs de ce genre, disposés sur un même canal ou tuyau de circulation, et destinés à fonctionner ensemble ou séparément selon l'abondance des eaux L'un d'eux, à axe horizontal, était à la partie supérieure ; le deuxième, à axe vertical, vers le milieu de la chute, et le troisième, à axe horizontal, dans le bas. En 1843, Jonval céda les droits que lui assurait son brevet, à MM. A Kœchlin. Dans les ateliers de ces habiles constructeurs, et à l'aide de leur expérience, la turbine proposée par Jonval reçut des perfectionnements notables. Sur les trois dispositions indiquées par l'auteur, on admit, à peu près exclusivement d'abord, celle qui place la roue entre les deux niveaux supérieur et inférieur; mais récemment, dans la vallée de Munster, pour une chute de 18 mètres environ, on a établi deux turbines de 0m 20 de diamètre montées sur le même arbre horizontal à droite et à gauche du tuyau vertical d'arrivée, et qui se partagent un volume d'eau d'environ 50 litres eu t seconde. Cette division de la force motrice diminue considérablement la pression sur le pivot de l'arbre, qui fait quinze à seize cents tours en 1 minute, et conduit cinquante-quatre métiers à tisser sans préparation, ce qui peut exiger une force de huit à neuf chevaux.

n Le récepteur hydraulique qui nous occupe se compose d'un tuyau vertical qui

PI BLICATION INDUSTMELt.R. 301

se raccorde, à sa partie inférieure, avec un autre tuyau à section rectangulaire, dont Taxe est horizontal, et qui est muni d'une vanne verticale, pour permettre ou suspendre à volonté le mouvement du liquide.

« Vers sa partie supérieure, le cylindre est rétréci et alésé exactement pour recevoir la roue, qui n'y a qu'un jeu de 1 millimètre au plus ; au-dessus de cette portion alésée, le tuyau s'évase légèrement en tronc de cône, et reçoit la couronne qui porte les courbes directrices, et à travers laquelle passe l'arbre vertical de la roue; une garniture exacte empfche l'eau de s'écouler entre l'arbre et l'ouverture qui lui est réservée.

« La surface de ces directrices est engendrée par une ligne droite qui se meut horizontalement en passant par l'axe vertical du cylindre, et en s'appuyant sur une courbe tracée sur la surface cylindrique du noyau de la couronne. L'élément supérieur de cette courbe est à peu près vertical, tandis que son élément inférieur forme un angle d'environ 34 degrés avec l'horizontale.

« Les aubes de la roue sont aussi des surfaces réglées à génératrices horizontales dirigées vers l'axe, et qui suivent une directrice tracée sur le cylindre intérieur de cette roue. L'élément supérieur de cette directrice forme , avec le plan horizontal , un angle de 70 degrés, et l'élément inférieur un angle d'environ 30 degrés.

« L'habileté et l'exactitude avec lesquelles procède la Société industrielle de Mulhouse suffisaient déjà pour montrer que la nouvelle turbine était un moteur digne d'entrer en concurrence avec les meilleurs récepteurs hydrauliques ; mais il nous a paru utile, dans une question si importante pour l'industrie, de répéter ces expériences en les variant davantage. A cet effet, nous avons eu recours à MM. A. Kcechlin, qui ont mis à notre disposition une turbine que l'on a installée à

la poudrerie du Bouchet.

- Cette turbine a les proportions suivantes :

Diamètre extérieur 0» 810

Larraur de* autel* t «*«» obturateur» 0» 190

i-argeur an aug «. . . f ^ ob,url|corl 0„ W8

Nombre de a augel* IS

Section* ou oriflcei de la roue, eniemble u»q 0708

Aire de l'orifice de la vanne de «ortie Omq 2977

La chute disponible a rarlé de 1*> 78 4 1» 40

• On a exécuté plusieurs séries d'expériences en faisant varier dans chacune d'elles la charge du frein depuis la charge nulle jusqu'à celle qui arrêtait la roue ou rendait son mouvement tout à fait irrégulier, de sorte que la vitesse a aussi varié dans des limites très-étendues.

« On a fait fonctionner la roue d'abord sans obturateurs, ensuite avec la moitié, puis avec la totalité de ses aubes garnies d'obturateurs , et , dans quelques cas, toutes choses restant égales d'ailleurs, on a fait varier l'aire de l'orifice de sortie du bas de la roue, afin de reconnaître l'influence de sa proportion sur l'effet utile.

« En résumé, des expériences et de la discussion théorique auxquelles vos Commissaires se sont livrés, il résulte :

« l° Que la turbine présentée par MM. A. Kœchlm et compagnie fonctionnai à sou état normal, et complètement ouverte, donne un effet utile égal à 0,73 du travail absolu du moteur ;

« 2° Que quand la moitié seulement des canaux de circulation formés par les aubes sont garnis de leurs obturateurs, l'effet utile est encore d'environ 0,70 à 0,71 du travail absolu du moteur;

IH BI.ICA H0>> IM»l STIUKI.I.E.

■ 3° Que quand toutes les aubes sont garnies de leurs obturateurs, l'effet utib; est encore égal à 0,63 du travail absolu du moteur : d'où résulte que la dépense d'eau peut varier dans des limites étendues sans que le moteur cesse de fonctionner avantageusement ;

« 4° Que pour cbaque dépense d'eau et chaque chute, la vitesse de la roue peut varier entre des limites très-étendues, eu s écartant en plus ou eu moins de un quart de celle qui correspond au maximum d'effet, sans que le rapport de l'effet utile au travail absolu du moteur diminue notablement.

5U Que le rétrécissement de l'orifice d'évacuation inférieur produit toujours une diminution dans le rapport de l'effet utile au travail absolu du moteur, et que cette diminution est d'autant plus sensible, que le rétrécissement est plus considérable : d'où résulte que la vanne de cet oritice ne peut, sans désavantage, être employée comme moyen de faire varier la dépense d'eau, et par suite la vitesse; de sorte que, jusqu'à présent, ce moteur ne peut, 6aus inconvénient, être soumis aux moyens ordinaires de régler la vitesse des roues hydrauliques.